西门子PLC在恒压变频供水系统工程中的应用

 

一、采用恒压变频供水系统的好处

      恒压变频供水系统对于生活小区是非常重要的，例如在生活小区供水过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响居民生活。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大损失和人员伤亡。所以，生活小区采用生活 / 消防双恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。 

      基于上述情况，我公司对###生活小区供水系统进行改造，采用S7-200CN PLC 作为主控单元。利用ABB供水变频器，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的。

二、恒压变频供水控制系统的基本控制策略

      恒压变频供水系统采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压供水就是利用变频器的PID或PI功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号(4－20ｍＡ)直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。

供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。

 

三、恒压变频供水系统的基本构成

      ##小区恒压变频供水系统采用一台ABB变频器拖动四台0.5KW功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行。用户通过人机界面对水压设定，并可通过触摸屏对电极转速，频率，运行状态和水压等参数进行监视。

      启动方式:为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。启动前变频器要复位。

      变频调速:根据供水管网流量、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令1号泵自动切换到工频电源运行，待1号泵完全退出变频运行，对变频器复位后，2号泵投入变频运行。

      多泵切换:根据恒压的需要，采取无主次切换，即“先开先停”的原则接入和退出。在PLC的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数，由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。

      为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。

      故障处理:能对水位下限，变频器、PLC故障等报警。PLC故障，系统从自动转入手动方式。

      监控程序：系统主窗体四个按钮控件，分别为参数设置、实时监测、启动和关闭系统。参数设置界面如图2所示。用户可根据实际情况修改压力设定值。

主要控件功能包括:

(1) 压力设定值:压力设定值范围:0.30-0.60Mpa。

(2) 校正系数:主要是对压力显示进行校正，使压力显示与压力表显示一致。

(3) 复位按钮:运行中按下，将使系统重新启动，各参数回到初始设置。

(4) 设定按钮:在文本框输入压力设定值和校正系数后，按下此按钮，压力设定值和校正系数才能通过串口发送给下位机。

 

四、恒压变频供水设备选用及价格

      恒压变频供水系统主要设备均采用世界知名品牌产品，质量可靠，运行稳定。

主要设备如下：

设备名称 型号 数量 单价（元） 备注

变频器 ABB ACS510 1个 

PLC Simens s7-200cn 1台 

空气断路器 DS253S-C10/0.03 3个 

热继电器 DB200 6个 

电流继电器 24V DC 若干 

接触器 ABB A12-30-01 AC220V 6个 

直流电源 输入220AC OUT:24DC 1个 

控制按钮 ABB C 3SS1-10B-11 14个 

转换开关 LW5-15D 1个 

压力变送器 ABB MV200T 1个 

电接点压力表 YTXC-100-Z 1块 

电动阀门装置 ZCS水用电磁阀 2部 

触摸屏 台达 DOP-A57BSTD

1部 

通讯模块 1个 

信号指示灯 12个 

控制机箱 1个 

电力电缆 VV 3x4+1x2.5 mm2 米 长度根据现场定

通讯电缆 5类屏蔽双绞线 米 长度根据现场定

熔断器开关 2个 

电流表 1个 

电压表 1个 

互感器 1个 

接线端子附件 BAMH 若干